결합 변환 상관 평면의 이동 변위와 무작위 위상 영상을 이용한 광 암호화 시스템

신창목,이우혁,조규보,김수중,서동환,이성근,Shin, Chang-Mok,Lee, Woo-Hyuk,Cho, Kyu-Bo,Kim, Soo-Joong,Seo, Dong-Hoan,Lee, Sung-Geun 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.3

본 논문에서는 결합 변환 상관 평면에 이동 변위에 따른 위상 성분의 영향을 또 다른 암호화 매개변수로 이용하여 무작위 위상 영상과 매개 변수 값을 암호화요소로 사용하는 광 암호화방법을 제안하였다. 암호화과정 시 사용자만이 알고 있는 이동 변위 수치를 원 영상에 더하여 위상 변조한 후, 위상 변조한 무작위 위상과 공간 영역에서 곱한다. 곱해진 영상을 푸리에 변환을 하여 최종 암호화 영상을 생성하며, 이 때 키 영상은 무작위 위상 영상을 푸리에 변환하여 얻는다. 생성된 암호화 영상은 원 영상을 재생 시키 영상과 이동 변위 수치 정보가 동시에 필요로 하며, 키 영상은 복소함수로 세기 검출기로 쉽게 복제가 힘들뿐만 아니라 설사 키 영상이 복제하거나 도난 또는 분실된 경우에도 불법 사용자는 이동 변위 정보를 획득해야만 원 영상 정보를 재생할 수 있으므로, 좀 더 높은 암호화 수준으로 원 영상 정보를 보호할 수 있다. 복호화 과정은 결합 변환 상관 평면에 암호화 영상과 키 영상을 암호화 시 사용한 이동 변위 값에 따라 위치시켜 간단히 구현할 수 있으며, 간섭계 구조나 4-f 상관기 구조를 이용하지 않으므로 광축 정렬이나 외부 환경 변화에 영향을 받지 않고 원 영상을 재생할 수 있다. Most optical security systems use a 4-f correlator, Mach-Zehnder interferometer, or a joint transform correlator(JTC). Of them, the JTC does not require an accurate optical alignment and has a good potential for real-time processing. In this paper, we propose an image encryption system using a position shift property of the JTC in the Fourier domain and a random phase image. Our encryption system uses two keys: one key is a random phase mask and the other key is a position shift factor. By using two keys, the proposed method can increase the security level of the encryption system. An encrypted image is produced by the Fourier transform for the multiplication image, which resulted from adding position shift functions to an original image, with a random phase mask. The random phase mask and position shift value are used as keys in decryption, simultaneously. For the decryption, both the encrypted image and the key image should be correctly located on the JTC. If the incorrect position shift value or the incorrect key image is used in decryption, the original information can not be obtained. To demonstrate the efficiency of the proposed system, computer simulation is performed. By analyzing the simulation results in the case of blocking of the encrypted image and affecting of the phase noise, we confirmed that the proposed method has a good tolerance to data loss. These results show that our system is very useful for the optical certification system.

다중 위상 분할과 위상 랩핑 방법을 이용한 광 암호화 시스템

신창목,김수중,서동환,Shin Chang Mok,Kim Soo Joong,Seo Dong Hoan 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.42 No.6

In this paper, we proposed an optical security system based on a gray-image exclusive-OR encryption using multi-phase separation and phase-wrapping method. For encryption, a gray image is sliced into binary images, which have the same pixel value, and these images are encrypted by modified XOR rules with binary random images. The XORed images and the binary images respectively combined and converted into full phase images, called an encrypted image and a key image. For decryption, when the encrypted image and key image are used as inputs on optical elements, Practically due to limited controllability of phase range in optical elements, the original gray image cannot be efficiently reconstructed by these optical elements. Therefore, by decreasing the phase ranges of the encrypted image and key image using a phase-wrapping method and separating these images into low-level phase images using multi-phase separation, the gray image can be reconstructed by optical elements which have limited control range. The decrytion process is simply implemented by interfering a multiplication result of encrypted image and key image with reference light. The validity of proposed scheme is verified and the effects, which are caused by phase limitation in decryption process, is analyzed by using computer simulations. 본 논문에서는 exclusive-OR 연산을 기반으로 암호화된 그레이 영상에 위상 랩핑(phase-wrapping)과 다중 위상 분할(multi-phase separation)방법을 적용하여 광학적 복호화가 용이하도록 한 광 암호화 시스템을 제안하였다. 암호화시 그레이 영상을 이진 영상들의 합으로 분리한 후 각각의 이진영상을 이진 무작위 영상과 변형된 XOR(modified XOR) 연산을 수행하고, 연산된 이진 영상들과 이진 무작위 영상들을 따로 결합한 후 이를 위상 부호화하여 암호화 영상과 키 영상을 만든다. 복호화시 암호화 영상과 키 영상의 위상 정보를 광소자로 구현할 경우 제어 가능한 위상 범위의 현실적 한계로 인해 그레이 정보 복원에 제약이 따른다. 따라서 위상 랩핑(phase-wrapping) 방법으로 암호화 영상과 키 영상의 위상 범위를 줄이고, 다중 위상분할(multi-phase separation)로 이 영상들을 낮은 레벨의 위상영상들로 분할함으로써, 위상범위가 제한된 광소자로도 그레이영상의 복호화가 가능하도록 하였다. 복호화는 암호화 영상과 키 영상의 곱을 기준파와 간섭시켜 간단히 구현하며, 컴퓨터 모의 실험을 이용해 제안한 방법의 타당성과 복호화시 위상 범위의 제한에 따른 영향을 분석하였다.

Triple rail-coding 입력과 기호치환을 이용한 변형부호화자리수 가산기 구현

신창목,김수중,서동환,Shin, Chang-Mok,Kim, Soo-Joong,Seo, Dong-Hoan 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.41 No.6

본 논문에서는 입력패턴을 triple rail-coding 방식으로 표현한 후 입력의 직렬연결 방법으로 기호치환을 수행하는 광 병렬 변형부호화자리수 가산 시스템을 제안하였다. Triple rail-coding 방식으로 변형부호화자리수 입력을 표현할 때 중복연산 결과가 나오는 입력들은 동일한 패턴으로 전처리하여 기호치환과정의 규칙수를 줄였고, 광 구현시 공간 이동된 입력패턴을 직렬로 연결하여 광을 통과시킴으로써 공간 이동 연산, NOR 연산, 그리고 문턱치 연산과정이 필요 없는 광 가산기를 구현하였다. An optical parallel modified signed-digit(MSD) number adder system is proposed by using triple rail-coding input patterns and serial arrangement method of symbolic substitution. By combing overlapped arithmetic results. which are produced by encoding MSD input as triple rail-coding patterns. into the same patterns, symbolic substitution rules are reduced and also by using serialized and space-shifted input patterns in optical experiments, the optical adder without space-shifting operation, NOR operation and threshold operation is implemented.

결합변환상관기 구조를 이용한 위상 암호화 영상의 인식 및 복호화

신창목(Chang-Mok Shin),김수중(Soo-Joong Kim) 한국산업정보학회 2004 한국산업정보학회 학술대회논문집 Vol.2004 No.6

푸리에 영역에서의 위상 변조 Exclusive-OR 연산을 이용한 단일 경로 위상 암호화 시스템

신창목,조규보,김수중,노덕수,Shin, Chang-Mok,Cho, Kyu-Bo,Kim, Soo-Joong,Noh, Duck-Soo 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.4

본 논문에서는 원 영상을 푸리변환한 후 위상 변조 XOR 연산으로 암호함으로써 정보의 손실에 강하며 한 개의 광 경로만으로 간단히 복호화 할 수 있는 위상 암호화 시스템을 제안하였다. 영 삽입된(zero-padded) 원 영상에 무작위 위상 영상을 곱하여 푸리에 변환된 데이터 값을 키 데이터와 위상 변조 XOR 연산으로 암호화한다. 이렇게 생성된 암호화 데이터와 키 데이터를 최종적으로 위상 변조하여 위상 암호화 영상과 위상 키 영상을 만든다. 위상 변조된 암호화 영상과 키 영상은 비가시성과 비선형성으로 인해 높은 정보보호의 특성이 있으며 또한, 푸리에 영역의 암호화로 인해 절단에 의한 정보의 손실에도 영상을 복호화 할 수 있다. 복호화 과정은 암호화 영상과 키 영상의 단순곱을 푸리에 변환한 후 영차 성분(zero-order component)을 공간 필터링함으로써 간단히 구현할 수 있으며, 복호화 시스템은 2공구조의 단일 경로의 구조를 바탕으로 하므로 부피가 상대적으로 작을 뿐만 아니라 외부 충격이나 기온 변화와 같은 환경적인 영향을 받지 않고 복호화를 수행할 수 있다. 제안한 암호화 과정과 복호화 시스템의 구현 가능성 및 타당성을 컴퓨터 모의실험을 통해 확인하였다. Phase-only encryption scheme using exclusive-OR rules in Fourier plane and a single path decryption system are presented. A zero-padded original image, multiplied by a random phase image, is Fourier transformed and its real-valued data is encrypted with key data by using XOR rules. A decryption is simply performed based on 2-1 setup with spatial filter by Fourier transform for multiplying phase-only encrypted data by phase-only key data, which are obtained by phase-encoding process, and spatial filtering for zero-order elimination in inverse-Fourier plane. Since the encryption process is peformed in Fourier plane, proposed encryption scheme is more tolerant to loss of key information by scratching or cutting than previous XOR encryption method in space domain. Compare with previous phase-visualization systems, due to the simple architecture without a reference wave, our system is basically robust to mechanical vibrations and fluctuations. Numerical simulations have confirmed the proposed technique as high-level encryption and simple decryption architecture.

주파수 위상 부호화와 위상 랩핑 방법을 이용한 영상 암호화 및 복호화 시스템

서동환,신창목,조규보,Seo, Dong-Hoan,Shin, Chang-Mok,Cho, Kyu-Bo 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.6

본 논문에서는 출력평면에 나타나는 원 영상을 재생시키기 위하여 위상 랩핑 방법을 이용하여 암호화 수준을 향상시키고 주파수 영역에서 위상 부호화하여 암호화함으로써 잡음에 강한 복호화 방법을 제안하였다. 암호화된 영상은 원 영상이 아닌 위상 변조된 가상 영상과 무작위 위상 영상을 곱하고 제로 패딩(ze.o-padding)하여 푸리에 변환한 후 이 변환된 복소 영상을 데이터 전송 및 매핑을 용이하게 하기 위하여 실수 값으로 변환하여 위상 부호화하여 만든다. 복호화 과정은 제안한 선형적인 영상을 비선형적인 영상으로 변환시키는 위상 랩핑 방법에 의해 각각 만들어진 암호화된 영상과 복호화 키를 곱하여 푸리에 역변환하여 공간필터를 가진 출력 평면에서 원 영상을 복원함으로써 광축 정렬 문제와 픽셀 대 픽셀 대응이 용이하여 복원영상의 해상도를 향상시킬 수 있다. 제안한 방법은 허가되지 않은 사용자가 암호화된 영상을 분석함으로써 있을 수 있는 복제 가능성을 원 영상의 어떤 정보도 포함하지 않은 가상 영상을 사용함으로써 배제할 수 있고 또한 실수 값을 위상 부호화함으로써 현재에 사용되는 공간 광 변조기로 표현이 가능하다. 컴퓨터 모의 실험을 통하여 제안한 암호화 방법의 적합성과 암호화된 영상과 복호화 키 영상에 잡음이 발생하더라도 원 영상의 복원이 가능함을 확인하였다. In this paper, we propose an improved image encryption and fault-tolerance decryption method using phase wrapping and phase encoding in the frequency domain. To generate an encrypted image, an encrypting key which denotes the product of a phase-encoded virtual image, not an original image, and a random phase image is zero-padded and Fourier transformed and its real-valued data is phase-encoded. The decryption process is simply performed by performing the inverse Fourier transform for multiplication of the encrypted key with the decrypting key, made of the proposed phase wrapping method, in the output plane with a spatial filter. This process has the advantages of solving optical alignment and pixel-to-pixel mapping problems. The proposed method using the virtual image, which does not contain any information from the original image, prevents the possibility of counterfeiting from unauthorized people and also can be used as a current spatial light modulator technology by phase encoding of the real-valued data. Computer simulations show the validity of the encryption scheme and the robustness to noise of the encrypted key or the decryption key in the proposed technique.

컴퓨터 형성 홀로그램과 광전자적 추출 알고리즘을 이용한 디지털 워터마킹 방법

조규보,신창목,김수중,Cho, Kyu-Bo,Shin, Chang-Mok,Kim, Soo-Joong 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.1

본 논문에서는 컴퓨터 형성 홀로그램을 이용하여 디지털 데이터의 저작권을 보호할 수 있는 워터마킹 방법을 제안하였다. 제안된 방법에서는 제작된 컴퓨터 형성 홀로그램으로부터 분리된 두개의 위상 변조된 무작위패턴 생성시켜 하나는 원 영상에 삽입될 워터마크 영상으로 사용하고 다른 하나는 워터마킹 된 영상에서 워터마크 영상을 추출하기 위한 디코딩 키로 사용된다. 워터마킹 된 영상의 제작과정은 수치 해석적으로 수행하고 워터마크 영상은 광학적인 방법으로 추출한다. 제안된 방법은 워터마킹 된 영상이 절단에 대해서 강인함을 컴퓨터 모의실험을 통해 확인하였고, 위상변조 특성이 있는 액정 광변조기를 이용하여 광학적으로 구현하였다. We propose a digital watermarking technique using a computer generated hologram. The proposed method uses two random patterns separated from the computer generated hologram (CGH). One of those is embedded into the original image as hidden watermark information and then the reconstructed image can be obtained by an optical decoding algorithm with the other one as a decoding key. We analyze an occlusion of the watermarked image that is the original image containing the hidden pattern. The embedding process is performed digitally and reconstruction optically Computer simulation and an optical experiment are shown in support of the proposed technique.

TS 알고리듬과 SA 알고리듬을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램의 성능 향상

조창섭,신창목,조규보,김수중,김철수,Cho, Chang-Sub,Shin, Chang-Mok,Cho, Kyu-Bo,Kim, Soo-Joong,Kim, Cheol-Su 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.1

본 논문에서는 Tabu Search(TS) 알고리듬과 Simulated Annealing(SA) 알고리듬을 결합하여 향상된 성능을 갖는 컴퓨터 형성 홀로그램을 설계할 수 있는 방법을 제안하였다. 회전 효율의 향상을 위해 TS 알고리듬으로 이상적인 홀로그램에 근접한 패턴을 생성하고, 이를 SA 알고리듬에서 무작위로 구성된 초기 패턴과 대체하여 컴퓨터 형성 홀로그램을 설계하였다. 컴퓨터 모의 실험과 광 실험을 통하여 제안한 방법과 SA 알고리듬과의 성능을 비교한 결과 제안한 방법으로 재생한 영상이 SA 알고리듬을 이용하였을 때보다 향상된 회전 효율과 균일도를 가지는 것을 확인 할 수 있었다. In this paper, we propose a method for optimizing a computer-generated hologram(CGH) by combining the Tabu Search(TS) algorithm with the Simulated Annealing(SA) algorithm. By replacing an initial random pattern of the SA algorithm with an approximately ideal hologram pattern of the TS algorithm, we design a CGH which has high diffraction efficiency(DE). We compared the performance of the proposed algorithm with the SA algorithm using computer simulation and an optical experiment. As a result, we confirmed diffraction efficiency and uniformity to be enhanced in the proposed algorithm.

직교성을 이용한 계층적 영상 암호화

김남진,서동환,이성근,신창목,조규보,김수중,Kim, Nam-Jin,Seo, Dong-Hoan,Lee, Sung-Geun,Shin, Chang-Mok,Cho, Kyu-Bo,Kim, Soo-Joong 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.3

In recent years, a hierarchical security architecture has been widely studied because it can efficiently protect information by allowing an authorized user access to the level of information. However, the conventional hierarchical decryption methods require several decryption keys for the high level information. In this paper, we propose a hierarchical image encryption using random phase masks and Walsh code having orthogonal characteristics. To decrypt the hierarchical level images by only one decryption key, we combine Walsh code into the hierarchical level system. For encryption process, we first perform a Fourier transform for the multiplication results of the original image and the random phase mask, and then expand the transformed pattern to be the same size and shape of Walsh code. The expanded pattern is finally encrypted by multiplying with the Walsh code image and the binary phase mask. We generate several encryption images as the same encryption process. The reconstruction image is detected on a CCD plane by a despread process and Fourier transform for the multiplication result of encryption image and hierarchical decryption keys which are generated by Walsh code and binary random phase image. Computer simulations demonstrate that the proposed technique can decrypt hierarchical information by using only one level decryption key image and it has a good robustness to the data loss such as random cropping. 본 논문에서는 직교성의 특성을 가진 Walsh code 영상과 무작위 위상 영상을 이용하여 계층적인 영상의 암호화 및 복호화로 영상 정보의 수준에 따른 효율적인 정보보호와, 암호화의 수준을 향상시키는 방법을 제안하였다. 제안한 암호화 과정은 각각의 원 영상과 무작위 위상 영상을 곱한 영상을 푸리에 변환 후, Walsh code 영상과 이진 무작위 위상영상을 곱한 영상에 확산시켜 암호화한다. 복호화 키는 암호화 과정에 사용된 Walsh code 영상을 정보의 수준에 따라 더함으로써 계층적인 복호화 키를 생성한다. 그러므로 하나의 복호화 키로도 정보 보호의 수준에 따라 각 암호화 영상을 복호화할 수 있다. 또한 이진 무작위 위상과 무작위 위상 영상은 암호화 영상을 백색 잡음의 패턴과 유사하여 암호화 수준이 높은 장점을 가진다. 컴퓨터 실험과 고찰을 통하여 암호화의 적합함을 확인하였다.

Super Pixel Segmentation 기반 차선 인식 기술

박상범(Park, Sang Bum),신창목(Shin, Chang Mok),김상국(Kim, Sang Kook) 한국자동차공학회 2014 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2014 No.5